銣蒸氣激光器增益介質電離通道研究.pdf

1、DPAL作為可以采用高功率半導體泵浦的氣體激光類型，兼具傳統(tǒng)固體和氣體激光器的諸多優(yōu)勢，具有潛在的單口徑高功率輸出能力。雖然 DPAL工作于三能級狀態(tài)，但堿金屬原子具有豐富的高能級結構和低的電離能，各種電離通道同時存在于激光器的工作過程中，隨著泵浦功率的不斷提升，這些電離通道是否可能發(fā)展成為物理上的瓶頸性限制因素具有重要研究意義?；诖?，本文從理論和實驗兩方面開展相關研究：
　　1、闡述了DPAL中的主要電離通道的物理機制，包括碰

2、撞能量轉移過程、光激發(fā)效應、潘寧電離過程、光致電離過程、聯合電離過程以及霍恩貝克-莫爾納電離過程等，闡述了包括輻射復合和三體復合在內的堿金屬離子的復合過程以及離子和中性原子的擴散效應；在此基礎上基于縱向泵浦結構建立了綜合考慮電離通道、復合過程和擴散效應的多能級瞬態(tài)速率方程組模型并基于Matlab程序求解；
　　2、理論分析了電離過程發(fā)生的時間尺度，在DPAL典型工作條件下（緩沖氣壓~1atm，泵浦強度~210kW/cm，溫度 T~

3、130℃），電離過程經歷~10-3ms左右達到穩(wěn)態(tài)；對比分析發(fā)現，在不考慮擴散效應時，電離度發(fā)展至穩(wěn)態(tài)需要~10-2ms時間量級，且穩(wěn)態(tài)電離度遠高于考慮擴散效應的情形（電離度從~0.05％增加至~10%），預示著流動介質有望較好解決DPAL電離過程所導致的負面影響，分析了不同電離通道對電離度的影響；
　　3、基于光電流法對銣DPAL增益介質電離度開展定量實驗測量，研究了泵浦強度、緩沖氣壓和增益介質溫度（即銣原子濃度）對光電流和電離

4、度的影響并進行了分析，在氦氣氣壓500torr，泵浦強度21.5kW/cm，溫度130℃條件下得到銣原子電離度為5×10-5，屬于弱等離子體范疇；
　　4、為了研究半導體激光器在776nm遠翼光譜成分可能對銣DPAL引起的光激發(fā)效應，基于 Littrow外腔結構實現了776nm窄線寬半導體激光輸出，光譜線寬0.13nm，輸出功率10W，外腔效率67%；利用780nm和776nm半導體激光聯合泵浦銣增益介質，觀察到增強的420nm熒